科學家們首次成功地測量了一種奇異的原子結合
源自可以通過光來相互吸引。從理論上講,這種效應已經被預測了很長時間。然而維也納科技大學的維也納量子科技中心(VCQ)通過跟因斯布魯克大學的合作首次測量了這種奇異的原子結合。
據了解,這種相互作用可以用來操縱冷得令人難以置信的原子,並且這種效應還可能在分子如何在空間形成方面發揮作用。這些發現最近發表在《Physical Review X》上。
正負電荷
一個帶正電的原子核被電中性原子中帶負電的電子所包圍,這些電子像雲一樣環繞著原子核。“如果你現在打開一個外部電場,這種電荷分佈就會發生一點變化,”研究人員Philipp Haslinger教授說道,“正電荷向一個方向略微移動,負電荷向另一個方向略微移動,原子突然有了一個正面和一個負面,它被極化了。”
因為光只是一個變化極快的電磁場,這種極化效應也可能用激光來實現。當許多原子位於彼此附近時,激光使它們都以同樣的方式精確地偏振,要么是正極在左負極在右,要么是反過來。這兩種情況下,兩個相鄰的原子都會向彼此的方向移動相反的電荷並形成一種吸引力。
原子阱的實驗
研究論文第一作者Mira Maiwöger指出:“這是一種非常微弱的吸引力,所以你必須非常小心地進行實驗才能測量它。如果原子有很大的能量並且快速移動,難麼吸引力就會立即消失。這就是為什麼使用了超冷原子云。”
原子首先被捕獲並在一個原子芯片上的磁性陷阱中冷卻,這種技術是在Atominstitut的Jörg Schmiedmayer教授的小組中開發的。然後,研究人員們關閉誘捕器並釋放出自由落體的原子。原子云是“超冷”的,不到百萬分之一開爾文,但它有足夠的能量在下落過程中膨脹。然而如果在這一階段用激光束對原子進行偏振從而在它們之間產生一種吸引力,那麼原子云的膨脹就會減慢–這就是測量吸引力的方法。
量子實驗室和空間
Matthias Sonnleitner說道:“用激光束偏振單個原子基本上不是什麼新鮮事。然而,我們實驗的關鍵之處在於,我們首次成功地將幾個原子以一種可控的方式偏振在一起並在它們之間產生一種可測量的吸引力。”他為該實驗奠定了理論基礎。
這種吸引力是控製冷原子的一個補充工具。但它在天體物理學中也可能是重要的。Philipp Haslinger說道:“在浩瀚的太空中,小的力量可以發揮重要作用。在這裡,我們能夠首次表明,電磁輻射能在原子之間產生一種力,這可能有助於對尚未解釋的天體物理學情況進行新的說明。”